(Phys.org) - Door kleding te dragen die is gedompeld in een zilveren nanodraad (AgNW) -oplossing die sterk stralingsisolerend is, een persoon kan in de winter zo warm blijven dat hij zijn behoefte aan verwarming van zijn huis sterk kan verminderen of zelfs elimineren. Aangezien 47% van de wereldwijde energie wordt besteed aan verwarming binnenshuis, en 42% daarvan specifiek voor woningverwarming, dergelijke sterk isolerende kleding kan mogelijk enorme kostenbesparingen opleveren.

Een team van onderzoekers onder leiding van professor Yi Cui, samen met promovendus Po-Chun Hsu en anderen aan de Stanford University, hebben een artikel gepubliceerd over textiel met een AgNW-coating in een recent nummer van: Nano-letters .

Zoals de onderzoekers uitleggen, de meeste strategieën om de verwarming binnenshuis te verminderen, zijn gericht op het verbeteren van de isolatie van de gebouwen, zoals door het gebruik van isolatie met een hoge R-waarde en ramen met een laag emissievermogen. Echter, een groot deel van de energie wordt nog steeds verspild aan het verwarmen van lege ruimten en levenloze objecten.

Om deze verspilling te voorkomen, hebben de onderzoekers een nieuwe strategie gebruikt genaamd "persoonlijk thermisch beheer, " die zich richt op het verwarmen van mensen. Ze hebben aangetoond dat kleding gedoopt in een oplossing van metalen nanodraden, zoals AgNW's, bereikt dit doel door zowel passieve isolatie te bieden als actieve verwarming mogelijk te maken bij aansluiting op een externe stroombron.

Het belangrijkste voordeel van kleding met AgNW-coating is dat het meer dan 90% van de lichaamswarmte van een persoon reflecteert (d.w.z. infraroodstraling) terug naar het individu. Deze reflectie is veel hoger dan zelfs de warmste wollen trui, aangezien het gemiddelde kledingmateriaal slechts ongeveer 20% van de lichaamswarmte terugkaatst.

Deze toename in reflectie is te wijten aan verschillen in de emissiviteit van de materialen, dat is een maat voor warmtestraling. Materialen met een lage emissiviteit zoals zilver, met een emissiviteit van 0,02, zenden minder straling uit en bieden dus een veel betere isolatie dan materialen met een hoge emissiviteit zoals gewoon textiel, die een emissiviteit van ongeveer 0,8 hebben.

Natuurlijk, het dragen van kleding die volledig van zilver is gemaakt, zou onpraktisch en ongemakkelijk zijn, niet te vergeten duur. Een belangrijke reden voor dit ongemak is dat zilver, zoals alle metalen, is niet ademend. Bijvoorbeeld, Mylar dekens, die zijn gemaakt van aluminium en kunststof, zijn extreem warm maar niet dampdoorlatend, waardoor vocht zich ophoopt op de huid van een persoon.

De nieuwe kleding met AgNW-coating, anderzijds, is ademend door de poreuze structuur van de nanodraden. De grote afstand tussen nanodraden van ongeveer 300 nm biedt voldoende ruimte voor waterdampmoleculen, die ongeveer 0,2 nm zijn, er doorheen komen. De afstand van 300 nm is nog steeds veel te klein om lichaamswarmte door te laten, aangezien straling van het menselijk lichaam een ​​golflengte heeft van ongeveer 9 µm en dus interageert met het nanodraaddoek alsof het een continue metaalfilm is, en wordt weerspiegeld.

Kleding gecoat met AgNW's zou vrijwel identiek aanvoelen aan normale kleding omdat zo'n kleine hoeveelheid AgNW-oplossing nodig is om een ​​hoge reflectiviteit te bereiken. Katoenen doek dompelen in de AgNW-oplossing voegt een massa toe van slechts 0,1 g/m ² , wat minder dan 1 gram zou zijn voor een hele outfit. Slechts een klein deel van deze massa is zilver, dus de kosten zouden relatief goedkoop zijn. Gebruik van andere metalen zoals koper, nikkel, of aluminium, die vergelijkbare eigenschappen hebben als zilver, kosten verder kunnen verlagen.

Naast het bieden van een hoge mate van passieve isolatie, Kleding met AgNW-coating kan ook Joule-verwarming leveren indien aangesloten op een elektriciteitsbron, zoals een batterij. De onderzoekers toonden aan dat slechts 0,9 V de kledingtemperatuur veilig kan verhogen tot 38 °C, wat 1 °C hoger is dan de menselijke lichaamstemperatuur van 37 °C.

Variabelen zoals buitentemperatuur, lengte van het winterseizoen, en de grootte van het huis maken het moeilijk om precies te berekenen hoeveel energie een persoon zou besparen door kleding met AgNW-coating te dragen. Echter, de onderzoekers hebben een ruwe schatting van de besparing berekend van 8,5 kWh verwarmingsenergie per persoon per dag, of 1, 000 kWh per jaar in de veronderstelling dat het verwarmingssysteem vier maanden per jaar in bedrijf is. Deze schatting is gebaseerd op de gemiddelde persoon die 367 W verwarmingsvermogen nodig heeft, vergeleken met 12 W die de AgNW-coatingkleding nodig heeft bij actief gebruik.

De onderzoekers merken op dat een 1, 000 kWh besparing op stroomverbruik is gelijk aan de stroom die wordt opgewekt door een zonnepaneel van 2 vierkante meter. Plus, fabricage, installatie, en onderhoud van het zonnepaneel zou waarschijnlijk veel meer kosten dan de AgNW-gecoate kleding.

Bij het testen van de duurzaamheid van de AgNW-gecoate kleding, de onderzoekers ontdekten dat de kleding bestand was tegen meerdere wascycli met behoud van de elektrische eigenschappen. Verrassend genoeg, de elektrische weerstand nam af na de eerste twee wasbeurten, mogelijk door het verwijderen van extra coating op AgNW's en een toename van de pakkingsdichtheid van het nanodraadgaas, en de weerstand stabiliseerde zich na de derde wascyclus.

De onderzoekers fabriceerden en testten ook kleding die was gecoat in een koolstof nanobuis-oplossing. Echter, hoewel koolstofnanobuisjes geleidend zijn en daarom geschikt voor Joule-verwarming, hun hoge emissiviteit van 0,98 stelt ze niet in staat om de lichaamswarmte bijna zo goed te reflecteren als de AgNW-coating.

© 2015 Fys.org